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Gegen elektrische und mechanische Stossbeanspruchungen gesicherter elektrischer Leistungsregler
Die Erfindung betrifft einen gegen elektrische und mechanische Stossbeanspruchungen gesicherten elektrischen Leistungsregler, insbesondere für den Fahrzeugbetrieb mit einem schwenkbar gelagerten, beheizten Bimetallstreifen als Steuerorgan, das auf den Schnappschaltmechanismus einwirkt.
Bei einer bereits bekannten Reglerbäuart ist eine beheizte Bimetallfeder als Steuerorgan und ein zwischer diesem und dem Schaltmechanismus angeordneter Kraftspeicher vorgesehen. Durch diese Anordnung wird der Regler gegen mechanische Beanspruchungen gesichert. Bei dieser Reglerbauart zeigt sich der Nachteil, dass sie gegen elektrische Spannungs- bzw. Stromstösse äusserst empfindlich ist.
Weiters sind Reglertypen bekannt geworden, die zur Abschwächung von elektrischen Stossbeanspruchungen mit einer beheizten Bimetallfeder versehen sind, der ein aus einer Ni-Fe-Legierung bestehendes Material beigelegt ist. Da diese Legierung gegenüber den üblichen wärmeisolierenden Stoffen einen hohen Wärmeleitwert besitzt, wird das zu steuernde Gerät bereits bei einer kurzzeitig auftretenden elektrischen Überbeanspruchung des Reglers von der Spannungsquelle getrennt. Durch die darauf folgende, relativ rasche Abkühlung des Ni-Fe-Legierungsstreifens und somit der Bimetallfeder, wird der Verbraucher wieder an das Netz geschaltet.
Für den Fall, dass die erwähnte elektrische Überbeanspruchung des Reg- lers wiederholt kurzzeitig auftritt, ergibt sich ein oftmaliges Ein-und Ausschalten des Reglers, so dass die Schaltkontakte eine nur sehr kurze Lebensdauer besitzen..
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einen solchen Regler konstruktiv derart zu verbessern, dass sein Einsatz auch dort möglich ist, wo damit gerechnet werden muss, dass der Regler mechanischen und elektrischen Stossbeanspruchungen ausgesetzt ist. Solche Fälle des Einsatzes sind im allgemeinen, z. B. bei Heizgeräten, im Fahrzeugbau gegeben, so z. B. im Luftfahrzeug oder auch auf Eisenbahnfahrzeugen. 3ei Verwendung des Reglers in den letztgenannten Fahrzeugen werden an diesen weitere erschwerende Bedingungen gestellt, er muss nämlich nicht nur starken Erschütterungen - wie sie z. B. auf Lokomotiven vorkommen-gewachsen, sondern auch für hohe Spannungen bis zu 1000 V brauchbar sein.
Eine erhöhte Beanspruchung des Reglers tritt bei diesem Einsatz auch noch insofern auf, weil der zu schaltende Betriebsstrom nur eine Frequenz von 16 2/3 Hz hat, wodurch die Gefahr des Stehenbleibens des Lichtbogens gefördert wird. Schliesslich muss der Regler die Bedingung erfüllen, dass er ohne Wartung eine jahrelange Lebensdauer besitzt.
Durch den bekannten Leistungsregler mit dem Ni-Fe-Legierungsstreifen wäre die vorstehende Aufgabe nicht zu lösen, weil dessen, Kontakte nur mit verhältnismässig kleiner Kraft zusammengehalten werden. Bei Stossbeanspruchungen würden daher die Kontakte öffnen, wenn nicht gar vibrieren. Die Folge hievon ist, dass sie insbesondere bei der kleinen Frequenz von 16 2/3 Hz vor allem durch Verbrennen zerstört würden. Leistungsregler der oben erwähnten Ausführung sind daher für eine direkte Regelung insbesondere bei 1000 V Betriebsspannung ungeeignet.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Leistungsregler auch für die vorstehend geschil- derten ungünstigen Betriebsbedingungen brauchbar gemacht werden kann, wenn man seine Schaltperiode in dem Masse erhöht, wie es gerade die Temperaturschwankungen des Heizkörpers noch zulassen. Durch eine derartige Massnahme wird ausser der Lebensdauer der Reglerkontakte auch die des zu regelnden Heizkörpers erhöht.
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Nach der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, dass zwischen Steuerorgan und dem an einer dünnen und kurzen Gelenkfeder befestigten Schnappschaltmechanismus mit eigener Rückstellfeder ein zweckmässigerweise verstellbarer, an sich bekannter Kraftspeicher vorgesehen ist und überdies der beheizte Bimetallstreifen eine thermische Isolierung besitzt.
Der erfindungsgemässe Regler hat den Vorteil, dass ex gegen auftretende mechanische und elektrische Stossbeanspruchungen gesichert ist.
Durch die Zwischenschaltung des Kraftspeichers zwischen Bimetallstreifen und Schnappschaltmechanismus werden die Schaltkontakte im geschlossenen Zustand unter hohem Druck aufeinandergepresst. Auf- tretenae Stösse bleiben daher ohne Auswirkung auf die Kontakte. Diese bleiben geschlossen, werden aber im Augenblick des Öffnens mit grosser Beschleunigung geöffnet und schalten daher jetzt auch bei 16 2/3 Hz sicher. Den Kraftspeicher kann man zweckmässig mit einem Justierorgan versehen, um damit dessen Vorspannung und zugleich auch die Länge der Schaltperiode zu beeinflussen.
Die Unempfindlichkeit des Reglers gegen elektrische Beanspruchungen wird durch die thermische Isolierung des Bimetallstreifens erreicht. Die Wärme der Heizwicklung des Bimetallstreifens wird daher mit starker Verzögerung auf diesen übertragen und ebenfalls mit Verzogerung von dem Bimetallstreifen an die Umgebung abgegeben.
Schliesslich sind bei dem erfindungsgemässen Regler Massnahmen getroffen, um durch Temperaturänderungen verursachte Längenänderungen seiner Grundplatte und seines Schnappschaltmechanismus zu verhindern. Würde mar. davon absehen, dann könnte einer Änderung der Vorspannung der Knickfeder des
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organ in Gestalt irgend eines beheizten Bimetallstreifens 1, ist mit einem Hebel 20 kraftschlüssig ver- bunden 1Bd Kann mttds der Unrundscheibe 21 um die Achse 2 verschwenkt werden. Das freie Ende des Bimetallstreifens trägt eine Verstellschraube 3. Zwischen dieser und einer Schiene 5 stützt sich die Feder 4 ab, die zwecks Verlängerung der Schaltperiode zweckmässig so bemessen ist, dass erst eine entsprechend grosse Durchbiegung des Bimetallstreifens erfolgen muss, ehe die Reglerkontakte öffnen.
Die Schiene 5 ist mit ihrem einen Ende über eine dünne kurze Gelenkfeder 6 an einem Bock 6a befestigt. Sie wird durch eine sich auf der Schneide 8 abstützende Knickfeder 7 in ihrer Längsrichtung gedrückt. An der Schiene 5 ist der Schaltstift 9 befestigt, der eine Verstellschraube 10 aufnimmt. Zwischen dem Kopf dieser Schraube und dem Schaltstift befindet sich eine einseitig eingespannte Blattfeder 11, deren freies Ende durch die Einstellschraube 12 verschoben werden kann. Durch Drehen an den Stellschrauben 10 und 12 und einer damit verbundenen Änderung des Ausschlagwinkels des Schnapporgans kann sowohl der Kontaktdruck als auch der Kontaktweg beliebig eingestellt werden.
Diese besondere Einstellmöglichkeit wird benötigt, weil bei hohen Schaltleistungen der Kontaktdruck ein gewisses Mass nicht unterschreiten darf und mit Rücksicht auf die hohe Betriebsspannung von 1000 V der Schaltweg eine bestimmte Länge haben muss.
Der vorerwähnte Schaltstift 9 ist mittels der Schraube 13 mit der Schaltfeder 14 verbunden, die den beweglichen Kontakt 15 trägt, der dem Festkontakt 16 zugeordnet ist.
Die bewusst so dünn wie möglich gehaltene Gelenkfeder 6 könnte an und für sich zur Rückführung des Schnappmechanismus in dessen Ruhelage benutzt werden. Hiedurch würde aber die ruckartige Bewegung des freien Endes der Schnappschiene 5 gehemmt. Um dies zu vermeiden, erfolgt die Rückführung des Schnappmechanismus mit Hilfe der von dem Bock 18 getragenen und gegenüber der Feder 4 angreifenden Rückstellfeder 17. Innerhalb dieser Feder 17 ist die verstellbare, mit einem Stift versehene Anschlagschraube 19 angeordnet, mit der die Durchbiegung der Gelenkfeder 6 begrenzt werden kann. Durch die vorgenannten Mittel wird mit Sicherheit einer Beschädigung des Schnappmechanismus vorgebeugt und insbesondere die empfindliche Gelenkfeder 6 weitestgehend entlastet.
Wie schon eingangs erwähnt, ist das Steuerorgan, nämlich der Bimetallstreifen 1, mit einer thermi- schen Isolierung versehen. Aus dem Schnitt gemäss Fig. 2 ist zu ersehen, dass der Bimetallstreifen 1 allseitig in eine starke und gegebenenfalls auch elektrisch isolierende Umhüllung 25 eingebettet ist. Ebenso ist die Heizwicklung 23 von einer starken wärmeisolierenden Masse 27 umgeben. Die thermische Bescherung muss natürlich so nachgiebig sein, dass die Bewegung des Bimetallstreifens nicht gehemmt wird.
Zwecks Vermeidung der Auswirkung von Längenänderungen infolge von Temperaturänderungen, die im Bahnbetrieb verhältnismässig hohe Werte einnehmen können, und die sich auf den Schnappmechanismus bzw. dessen Kraft und damit auf die Schalteigenschaften nachteilig auswirken könnten, wurde der
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Regler auf einer Grundplatte 22 befestigt, deren Werkstoff einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der etwa gleich dem der wirksamen Teile 5 und 7 des Schnappmechanismus ist.
Um unter Berücksichtigung der im Bahnbetrieb auftretenden Beanspruchungen ein sicheres Schalten zu erreichen, sind möglichst grosse Durchbiegungen des Bimetallstreifens erforderlich, auch muss die mittlere Beheizung desselben sehr hoch gewählt werden. Da aber im Bahnbetrieb starke Spannungsschwankungen auftreten, verursachen diese eine weitere zusätzliche Erhitzung des Bimetallstreifens. Diese kann sich dann unangenehm bemerkbar machen, wenn derselbe auf den höchsten mittleren Energiedurchlass eingestellt ist. Wird alsdann das Einstellorgan (Unrundscheibe 21) auf den niedrigsten Durchlass zurückgestellt, dann würde das Ende des Bimetallstreifens auf die Schiene 5 einen derartigen Druck ausüben, dass sowohl die Gelenkfeder 6, als auch der Bimetallstreifen 1 beschädigt werden könnten.
Einem solchen Schaden kann vorgebeugt werden, wenn man den zwischen dem Steuerorgan und dem Regelschalter vorgesehenen Kraftspeicher so-wie in Fig. 3 dargestellt-ausbildet. Danach gleitet in der hohlen, mit einem Bund 31 versehenen Verstellschraube 30 ein Stift 32 mit einem Mitnehmer 33. Durch Drehen an der Verstellschraube 30 kann die sich zwischen deren Bund 31 und einem mit Gewinde versehenen Widerlager 34 abstützende Feder in ihrer Vorspannung geändert werden. Bei Überhitzung des Bimetallstreifens 1 wird infolge Ausweichen des Stiftes 32 in Richtung des gezeichneten Pfeiles die Feder 40 zusammengedrückt.
Der Stromverlauf innerhalb des Reglers ist folgender : Von der an dem Festkontakt 16 liegenden Netzspannung verläuft der Strom über den beweglichen Kontakt 15 zur Schaltfeder 14 und von dieser zur Grundplatte 22, von dort über den Bimetallstreifen 1 zu dessen Heizwicklung 23, deren Ende zu dem zu regelnden Heizkörper 24 geführt ist. Der Heizkörper steht entweder mit dem zweiten Netzpol oder mit Erde in Verbindung. Erwähnt sei noch, dass die Heizwicklung des Bimetallstreifens nicht, wie vorstehend geschildert, mit dem Heizkörper in Reihe geschaltet sein muss, sie kann ebenso gut parallel zu diesem liegen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gegen elektrische und mechanische Stossbeanspruchungen gesicherter elektrischer Leistungsregler, insbesondere für den Fahrzeugbetrieb, mit einem schwenkbar gelagerten beheizten Bimetallstreifen als Steuerorgan, das auf einen Schnappschaltmechanismus einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Steuerorgan (1) und dem an einer dünnen und kurzen Gelenkfeder (6) befestigten Schnappschaltmechanismus (5) mit eigener Rückstellfeder (17) ein zweckmässigerweise verstellbarer, an sich bekannter
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besitzt.